FR2846419A1

FR2846419A1 - DEVICE AND METHOD FOR MEASURING THE RATE OF A COMPONENT IN A LIQUID.

Info

Publication number: FR2846419A1
Application number: FR0213198A
Authority: FR
Inventors: Floreal Franch
Original assignee: A P I ELECTRONIQUE
Current assignee: A P I ELECTRONIQUE
Priority date: 2002-10-23
Filing date: 2002-10-23
Publication date: 2004-04-30
Anticipated expiration: 2022-10-23
Also published as: AU2003301566A1; FR2846419B1; EP1592960A1; WO2004038389A1

Abstract

Le dispositif de mesure de taux d'un composant dans un liquide, comporte :- une première source lumineuse (LED1 102) émettant des rayons possédant au moins une longueur d'onde, en direction d'un récipient (101) contenant un volume dudit liquide, dans un angle de dispersion prédéterminé ;- un moyen de séparation optique (120) du récipient possédant une interface optique entre le liquide et un solide, ladite interface optique recevant des rayons issus de ladite première source lumineuse, avec des angles d'incidence proches d'un angle limite de réfraction correspondant à au moins une longueur d'onde émise par ladite première source lumineuse pour un taux prédéterminé dudit composant, ladite interface optique réfléchissant partiellement lesdits rayons, avec un taux de réflexion dépendant de l'angle d'incidence desdits rayons et du taux dudit composant dans ledit liquide ;- un premier capteur (CCD 104) qui capte soit des rayons réfléchis soit des rayons réfractés par ladite interface optique, et qui transmet des signaux représentatifs des rayons captés, et- un premier moyen d'analyse (109) des signaux transmis par le premier capteur fournissant le taux de composant dans ledit liquide, en fonction des signaux transmis par ledit premier capteur.The device for measuring the rate of a component in a liquid, comprises: - a first light source (LED1 102) emitting rays having at least one wavelength, towards a container (101) containing a volume of said liquid, in a predetermined dispersion angle; - an optical separation means (120) of the container having an optical interface between the liquid and a solid, said optical interface receiving rays from said first light source, with angles of incidence close to a limiting angle of refraction corresponding to at least one wavelength emitted by said first light source for a predetermined rate of said component, said optical interface partially reflecting said rays, with a reflection rate depending on the angle of incidence of said rays and of the rate of said component in said liquid; - a first sensor (CCD 104) which picks up either reflected rays or refracted rays p ar said optical interface, and which transmits signals representative of the rays picked up, and a first means of analysis (109) of the signals transmitted by the first sensor supplying the rate of component in said liquid, as a function of the signals transmitted by said first sensor.

Description

DISPOSITIF ET PROCEDE DE MESURE DE TAUX D'UN COMPOSANT DANS UN LIQUIDEDEVICE AND METHOD FOR MEASURING THE RATE OF A COMPONENT IN A LIQUID

La présente invention concerne un dispositif et un procédé de mesure de taux d'un composant dans un liquide. Elle s'applique, en particulier, à la mesure du taux de sucre dans les The present invention relates to a device and a method for measuring the level of a component in a liquid. It applies, in particular, to the measurement of the sugar level in the

mots en fermentation.words in fermentation.

Les dispositifs actuels de mesure de taux de sucre imposent des opérations complexes, lentes et onéreuses. Par exemple, des mesures de densité sont effectuées traditionnellement depuis des décennies à l'aide d'un mustimètre (densimétre à plongeur avec un thermomètre à Current sugar measurement devices impose complex, slow and expensive operations. For example, density measurements have traditionally been carried out for decades using a mustimeter (plunger density meter with a thermometer

mercure incorporé). Elles permettent de connaître l'état d'avancement de la fermentation. incorporated mercury). They allow you to know the progress of the fermentation.

Cependant, son utilisation est fastidieuse et sujette à de nombreuses erreurs de lecture. Les résultats obtenus sont consignés manuellement pour tracer la courbe de variation de la densité et However, its use is tedious and subject to many reading errors. The results obtained are recorded manually to plot the density variation curve and

de la température en fonction du temps. of temperature as a function of time.

La présente invention entend remédier à ces inconvénients. The present invention intends to remedy these drawbacks.

A cet effet, la présente invention vise un dispositif de mesure de taux d'un composant dans un liquide, caractérisé en ce qu'il comporte: - une première source lumineuse émettant des rayons possédant au moins une longueur d'onde, en direction d'un récipient contenant un volume dudit liquide, dans un angle de dispersion prédéterminé; - un moyen de séparation optique du récipient possédant une interface optique entre le liquide et un solide, ladite interface optique recevant des rayons issus de ladite première source 20 lumineuse, avec des angles d'incidence proches d'un angle limite de réfraction correspondant à au moins une longueur d'onde émise par ladite première source lumineuse pour un taux prédéterminé dudit composant, ladite interface optique réfléchissant partiellement lesdits rayons, avec un taux de réflexion dépendant de l'angle d'incidence desdits rayons et du taux dudit composant dans ledit liquide; - un premier capteur qui capte soit des rayons réfléchis soit des rayons réfractés par ladite interface optique, et qui transmet des signaux représentatifs des rayons captés, et - un premier moyen d'analyse des signaux transmis par le premier capteur fournissant le To this end, the present invention relates to a device for measuring the rate of a component in a liquid, characterized in that it comprises: - a first light source emitting rays having at least one wavelength, in the direction d 'a container containing a volume of said liquid, in a predetermined dispersion angle; a means of optical separation of the container having an optical interface between the liquid and a solid, said optical interface receiving rays from said first light source, with angles of incidence close to a limiting angle of refraction corresponding to the at least one wavelength emitted by said first light source for a predetermined rate of said component, said optical interface partially reflecting said rays, with a reflection rate depending on the angle of incidence of said rays and the rate of said component in said liquid ; a first sensor which picks up either reflected rays or rays refracted by said optical interface, and which transmits signals representative of the rays picked up, and a first means of analysis of the signals transmitted by the first sensor providing the

taux de composant dans ledit liquide, en fonction des signaux transmis par ledit premier capteur. component level in said liquid, as a function of the signals transmitted by said first sensor.

Grâce à ces dispositions, le taux de composant (par exemple du sucre ou de l'alcool) est 30 déterminé en fonction des taux de réflexion ou de réfraction qui dépend lui-même de l'indice Thanks to these arrangements, the level of component (for example sugar or alcohol) is determined as a function of the reflection or refraction rates which itself depends on the index

optique du liquide qui est fonction du taux de composant dans le liquide. optics of the liquid which is a function of the level of component in the liquid.

Selon des caractéristiques particulières, le premier moyen d'analyse des rayons captés est adapté à déterminer la position d'une séparatrice. Grâce à ces dispositions, le fonctionnement du dispositif est simple et efficace, la séparatrice correspondant à l'angle limite de réfraction. 35 Selon des caractéristiques particulières, la première source lumineuse est adaptée à émettre successivement des rayons possédant des longueurs d'onde différentes. Grâce à ces According to particular characteristics, the first means of analyzing the rays received is adapted to determine the position of a separator. Thanks to these provisions, the operation of the device is simple and effective, the separator corresponding to the limiting angle of refraction. According to particular characteristics, the first light source is adapted to successively emit rays having different wavelengths. Thanks to these

dispositions, l'indice de réfraction du liquide, qui dépend du taux de composant à mesurer dans le liquide, est déterminé pour plusieurs longueurs d'onde, ce qui améliore la précision de la mesure. provisions, the refractive index of the liquid, which depends on the rate of component to be measured in the liquid, is determined for several wavelengths, which improves the accuracy of the measurement.

Selon des caractéristiques particulières, le dispositif de mesure tel que succinctement 40 exposé ci-dessus comporte, en outre: - une deuxième source de lumière émettant des rayons lumineux possédant des longueurs d'onde différentes des longueurs d'onde des rayons émis par la première source lumineuse, - un deuxième capteur qui capte les rayons lumineux issus de la deuxième source et réfléchis à une deuxième interface entre le liquide et un solide, - un troisième capteur qui capte les rayons lumineux issus de la deuxième source et réfractés à ladite deuxième interface et un deuxième moyen d'analyse des rayons captés fournissant ledit taux de composant According to particular characteristics, the measuring device as succinctly described above 40 further comprises: - a second light source emitting light rays having wavelengths different from the wavelengths of the rays emitted by the first light source, - a second sensor which captures the light rays coming from the second source and reflected at a second interface between the liquid and a solid, - a third sensor which captures the light rays coming from the second source and refracted at said second interface and a second means for analyzing the rays received providing said component content

en fonction des signaux émis par les deuxième et troisième capteurs. according to the signals emitted by the second and third sensors.

Grâce à ces dispositions, on détermine le taux d'un composant, éventuellement différent du composant dont le taux est déterminé par le premier moyen d'analyse, dans le liquide et, éventuellement, on tient compte du taux de l'un de ses composants pour corriger la mesure d'un autre de ces composants. Par exemple, le premier moyen d'analyse détermine un taux de sucre Thanks to these provisions, the rate of a component is determined, possibly different from the component whose rate is determined by the first means of analysis, in the liquid and, optionally, the rate of one of its components is taken into account. to correct the measurement of another of these components. For example, the first means of analysis determines a sugar level

et le deuxième moyen d'analyse détermine un taux d'alcool. and the second means of analysis determines an alcohol level.

Selon des caractéristiques particulières, le premier capteur est un capteur d'image. Grâce à ces dispositions, la répartition des rayons lumineux réfléchis, ou réfractés, peut être traitée par According to particular characteristics, the first sensor is an image sensor. Thanks to these provisions, the distribution of the reflected or refracted light rays can be treated by

le premier moyen d'analyse.the first means of analysis.

Selon des caractéristiques particulières, le premier moyen d'analyse détermine une pente According to particular characteristics, the first means of analysis determines a slope

de la répartition des rayons lumineux reçus par ledit premier capteur d'image. Grâce à ces 20 dispositions, le traitement effectué par le premier moyen d'analyse est aisé. the distribution of the light rays received by said first image sensor. Thanks to these 20 arrangements, the processing carried out by the first analysis means is easy.

Selon des caractéristiques particulières, le dispositif tel que succinctement exposé cidessus comporte un multiplexeur et la première source lumineuse comporte une pluralité de According to particular characteristics, the device as briefly described above comprises a multiplexer and the first light source comprises a plurality of

sources lumineuses commandées en émission de manière multiplexées par ledit multiplexeur. light sources multiplexed in transmission by said multiplexer.

Grâce à ces dispositions, plusieurs longueurs d'onde sont utilisées successivement et la 25 précision de la mesure est améliorée. Thanks to these arrangements, several wavelengths are used successively and the accuracy of the measurement is improved.

Selon des caractéristiques particulières, le dispositif tel que succinctement exposé cidessus comporte un capteur de température. Grâce à ces dispositions, les facteurs correctifs dus aux variations de température peuvent être corrigée et/ou la fiabilité de la mesure peut être According to particular characteristics, the device as briefly described above comprises a temperature sensor. Thanks to these provisions, the corrective factors due to temperature variations can be corrected and / or the reliability of the measurement can be

évaluée et/ou le moyen d'analyse ne fonctionne que pour une plage de température 30 prédéterminée. evaluated and / or the analysis means only works for a predetermined temperature range.

La présente invention vise aussi un dispositif de pilotage de fermentation caractérisé en The present invention also relates to a fermentation control device characterized in

ce qu'il comporte un dispositif de mesure tel que succinctement exposé cidessus. what it includes a measuring device as succinctly explained above.

La présente invention vise aussi un dispositif portable comportant une source d'énergie, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de mesure tel que succinctement exposé ci-dessus. 35 La présente invention vise aussi un procédé de mesure de taux d'un composant dans un liquide mettant en oeuvre un moyen de séparation optique possédant une interface optique entre le liquide et un solide, caractérisé en ce qu'il comporte: - une étape d'émission par une première source lumineuse émettant des rayons possédant au moins une longueur d'onde, en direction d'un récipient contenant un volume dudit 40 liquide, dans un angle de dispersion prédéterminé, ladite interface optique recevant, autour d'un angle limite de réfraction correspondant à au moins une desdites longueurs d'onde, les rayons ayant traversé ledit récipient, ladite interface optique réfléchissant partiellement lesdits rayons, avec un taux de réflexion dépendant de l'angle d'incidence desdits rayons; - une étape de capture des rayons réfléchis et/ou des rayons réfractés par ladite interface optique, et - une étape d'analyse des rayons captés au cours de ladite étape de capture pour fournir The present invention also relates to a portable device comprising an energy source, characterized in that it comprises a measuring device as succinctly set out above. The present invention also relates to a method for measuring the rate of a component in a liquid using an optical separation means having an optical interface between the liquid and a solid, characterized in that it comprises: - a step d emission by a first light source emitting rays having at least one wavelength, towards a container containing a volume of said liquid, in a predetermined dispersion angle, said optical interface receiving, around a limit angle of refraction corresponding to at least one of said wavelengths, the rays having passed through said container, said optical interface partially reflecting said rays, with a reflection rate depending on the angle of incidence of said rays; a step of capturing the reflected rays and / or rays refracted by said optical interface, and a step of analyzing the rays captured during said capturing step in order to provide

ledit taux de composant en fonction des taux de réflexion desdits rayons. said component rate as a function of the reflection rates of said rays.

D'autres avantages, buts et caractéristiques de la présente invention ressortiront de la Other advantages, aims and characteristics of the present invention will emerge from the

description qui va suivre, faite dans un but explicatif en regard des dessins annexés dans 10 lesquels: description which will follow, given for explanatory purposes with reference to the appended drawings in which:

- les figures 1A et 1 B représente, schématiquement, la partie mesure du dispositif selon la présente invention; - la figure 2 représente une succession d'étapes de mesure mettant en oeuvre le dispositif illustré en figures 1A et 1 B; - la figure 3 représente un organigramme de fonctionnement du dispositif illustré en figures 1Aet 1B; - la figure 4 représente des circuits électroniques mis en oeuvre dans le dispositif illustré en figures 1A et 1 B; et - Figures 1A and 1B schematically shows the measurement part of the device according to the present invention; - Figure 2 shows a succession of measurement steps implementing the device illustrated in Figures 1A and 1B; - Figure 3 shows an operating flow diagram of the device illustrated in Figures 1A and 1B; - Figure 4 shows electronic circuits implemented in the device illustrated in Figures 1A and 1B; and

- la figure 5 représente, schématiquement, un dispositif de pilotage de fermentation 20 alcoolique mettant en oeuvre le procédé objet de la présente invention. - Figure 5 shows, schematically, a device for controlling alcoholic fermentation implementing the method object of the present invention.

Avant de détailler les figures, on rappelle ci-après les fondements scientifiques et techniques nécessaires à une bonne compréhension de ses caractéristiques techniques. La réfraction est la déviation des rayons lumineux passant obliquement d'un milieu transparent dans Before detailing the figures, the following are the scientific and technical foundations necessary for a good understanding of its technical characteristics. Refraction is the deflection of light rays passing obliquely from a transparent medium in

un autre.another.

Cette déviation suit les lois de Snell-Descarte: Première loi: " Le rayon incident, la normale et le rayon réfracté sont dans un même plan. " Deuxième loi: " Quand on fait varier l'angle d'incidence, il existe un rapport constant entre les sinus des angles d'incidence et de réfraction. Ce rapport constant dépend toutefois des 30 deux milieux considérés. " Les équations qui découlent de ces lois sont: This deviation follows Snell-Descarte's laws: First law: "The incident ray, the normal and the refracted ray are in the same plane." Second law: "When we vary the angle of incidence, there is a relationship constant between the sines of the angles of incidence and of refraction. This constant relationship however depends on the two media considered. "The equations which follow from these laws are:

sin(î)/sin(r) = n (constante appelée indice de réfraction). sin (î) / sin (r) = n (constant called refractive index).

n = n2/nl (ni et n2 étant les indices par rapport au vide déterminé en comparant la n = n2 / nl (ni and n2 being the indices with respect to the vacuum determined by comparing the

vitesse de la lumière dans le milieu considéré et la vitesse de propagation de la lumière dans le 35 vide). speed of light in the medium under consideration and the speed of propagation of light in vacuum).

L'équation générale de la réfraction est donc: ni.sin(î) = n2.sin(r) Conformément à ces lois, la déviation du rayon lumineux varie dans le même sens que l'angle d'incidence: plus l'angle d'incidence est grand, plus la déviation du rayon lumineux est importante. Pour des rayons lumineux incidents sur une interface entre un premier milieu possédant un premier indice de réfraction et un deuxième milieu possédant un deuxième indice de réfraction moindre que le premier indice, il existe un angle d'incidence à partir duquel la réflexion est totale (tous les rayons sont réfléchis). Cet angle est appelé "angle limite de The general equation of refraction is therefore: ni.sin (î) = n2.sin (r) According to these laws, the deviation of the light ray varies in the same direction as the angle of incidence: plus the angle the greater the incidence, the greater the deviation of the light ray. For light rays incident on an interface between a first medium having a first refractive index and a second medium having a second refractive index less than the first index, there is an angle of incidence from which the reflection is total (all the rays are reflected). This angle is called "limit angle of

réfraction". Il dépend des indices de réfraction de chacun des milieux. refraction ". It depends on the refractive indices of each medium.

L'utilisation d'une source qui émet un faisceau de rayons lumineux, présentant des angles d'incidences différents à la séparation des deux milieux autour de l'angle limite de réfraction, se traduit donc par des rayons réfractés, lorsque l'angle d'incidence est inférieur à l'angle limite de réfraction et des rayons réfléchis, lorsque l'angle d'incidence est supérieur à l'angle limite de réfraction (taux de réflexion de 100%) et lorsque l'angle d'incidence est inférieur à l'angle limite de réfraction (taux de réflexion inférieur à 100%). Ceci se traduit, autour de la direction correspondant à l'angle limite de réfraction, par les rayons réfléchis à 100 %, d'une part The use of a source which emits a beam of light rays, having different angles of incidence at the separation of the two media around the limiting angle of refraction, therefore results in refracted rays, when the angle d incidence is less than the limiting angle of refraction and of the reflected rays, when the angle of incidence is greater than the limiting angle of refraction (reflection rate of 100%) and when the angle of incidence is smaller at the refractive limit angle (reflection rate less than 100%). This is reflected, around the direction corresponding to the limiting angle of refraction, by the rays reflected at 100%, on the one hand

et, par une zone plus obscure, correspondant aux rayons réfléchis à un taux inférieur à 100%. and, by a more obscure zone, corresponding to the rays reflected at a rate lower than 100%.

La position de la limite de ces deux zones, appelée "séparatrice", est en relation directe avec le rapport des indices de réfraction de chacun des milieux. Si l'indice de l'un des milieux est connu et fixe, et celui de l'autre inconnu, la détermination de la position de la séparatrice permet 15 de mesurer l'indice de réfraction. En effet, la position de la séparatrice correspond à l'égalité: nl.sin(î) = nx.sin(r) d'ou nx = nl. sin(î)/sin(r) Avec: nx indice de réfraction inconnu sin(î) définit par la position de la source, sin(r) mesuré par la position de la séparatrice, et The position of the limit of these two zones, called "separator", is in direct relation with the ratio of the refractive indices of each of the media. If the index of one of the media is known and fixed, and that of the other unknown, the determination of the position of the separator makes it possible to measure the refractive index. Indeed, the position of the separator corresponds to equality: nl.sin (î) = nx.sin (r) from where nx = nl. sin (î) / sin (r) With: nx unknown refractive index sin (î) defined by the position of the source, sin (r) measured by the position of the separator, and

ni indice de réfraction du milieu connu. nor refractive index of the known medium.

La présente invention met en oeuvre ce principe pour mesurer le taux d'un composant dans un liquide, lorsque ce taux fait varier l'indice de réfraction du liquide (voir LED1 102 en figure The present invention uses this principle to measure the level of a component in a liquid, when this rate varies the refractive index of the liquid (see LED1 102 in figure

1A et 1 B).1A and 1 B).

Dans les domaines de fréquence du rayonnement pour lesquels l'absorption par le milieu inconnu est peu importante, les modifications de la vitesse de propagation d'un rayonnement, qui correspondent aux modifications d'indice, apportent ainsi des informations sur la nature du milieu traversé. Pour une température constante, l'indice de réfraction absolu d'un milieu par rapport au 30 vide est défini comme le rapport c/v de la vitesse de propagation c d'un rayonnement électromagnétique monochromatique dans le vide à sa vitesse v dans ce milieu. Un même liquide a donc des indices différents en fonction des longueurs d'ondes utilisées pour la mesure. Ainsi dans un liquide complexe, les divers indices mesurés à des longueurs d'ondes différentes In the frequency fields of the radiation for which the absorption by the unknown medium is small, the modifications of the propagation speed of a radiation, which correspond to the modifications of index, thus provide information on the nature of the medium crossed. . For a constant temperature, the absolute refractive index of a medium relative to the vacuum is defined as the ratio c / v of the propagation speed c of a monochromatic electromagnetic radiation in the vacuum to its speed v in this medium . The same liquid therefore has different indices depending on the wavelengths used for the measurement. So in a complex liquid, the various indices measured at different wavelengths

permettent d'évaluer le taux d'un ensemble de composants connus par rapport à l'ensemble de 35 tous les composants. allow the rate of a set of known components to be assessed relative to the set of all components.

Dans des modes particuliers de réalisation de la présente invention, on met en oeuvre différentes longueurs d'onde pour déterminer la taux d'au moins un composant dans un liquide, par exemple un taux de sucre et/ou d'alcool dans un mot de fermentation (voir multiled LED1 In particular embodiments of the present invention, different wavelengths are used to determine the level of at least one component in a liquid, for example a sugar and / or alcohol level in a word of fermentation (see multiled LED1

102 en figure 1A et 1 B).102 in Figure 1A and 1 B).

On rappelle, en ce qui concerne l'absorption d'une onde électromagnétique, que les radiations absorbées par un échantillon permettent d'identifier les transitions entre les niveaux d'énergie et d'en déduire des informations sur la structure de la molécule. Dans le proche infrarouge, les énergies mises en jeu sont principalement des énergies de vibration. 5 L'absorption infrarouge, par la molécule, met en jeu deux types de vibration: - les vibrations d'élongations correspondant à l'étirement d'une liaison A-B notée VAB, et - les vibrations de déformation (ou flexion) correspondant à la variation d'un angle de valence, noté 8AB On peut modéliser la molécule comme un ensemble d'oscillateurs liés les uns aux autres, 10 couplés mécaniquement. L'excitation par infrarouge de l'un des oscillateurs se traduit par l'excitation simultanée de tous les oscillateurs, aussi bien en élongation qu'en déformation. Tous les atomes de la molécule vibrent donc avec une même fréquence v autour de leur position d'équilibre. Chacune de ces vibrations d'ensemble de la molécule est appelée mode normal de vibration. Pour une molécule donnée, les vibrations de déformation ont des fréquences plus faibles It is recalled, with regard to the absorption of an electromagnetic wave, that the radiation absorbed by a sample makes it possible to identify the transitions between the energy levels and to deduce therefrom information on the structure of the molecule. In the near infrared, the energies involved are mainly vibrational energies. 5 The infrared absorption by the molecule involves two types of vibration: - the vibrations of elongation corresponding to the stretching of a bond AB denoted VAB, and - the vibrations of deformation (or bending) corresponding to the variation of a valence angle, noted 8AB The molecule can be modeled as a set of oscillators linked to each other, 10 mechanically coupled. The excitation by infrared of one of the oscillators results in the simultaneous excitation of all the oscillators, both in elongation and in deformation. All the atoms of the molecule therefore vibrate with the same frequency v around their equilibrium position. Each of these whole molecule vibrations is called the normal mode of vibration. For a given molecule, the deformation vibrations have lower frequencies

que les vibrations d'excitation et correspondent donc à des énergies inférieures. that excitation vibrations and therefore correspond to lower energies.

Pour que l'oscillateur mécanique soit excité et entre en vibration, il doit y avoir une interaction avec l'onde électromagnétique conduisant à un transfert d'énergie. Ceci se produit quand la vibration fait varier le moment dipolaire de la molécule et donc l'interaction entre le dipôle et le champs électrique de l'onde. L-'énergie de vibration étant quantifiée, la transition se produira lorsque l'on aura h. v = AE, différence d'énergie entre le niveau fondamental et le premier niveau de vibration excité. La conséquence est que seule les vibrations faisant varier le moment dipolaire sont actives en infrarouge et que l'intensité absorbée est d'autant plus grande que cette variation est grande. Les absorptions les plus fortes sont souvent dues à des groupes 25 très polaires tels que C=O, N-O, O-H, etc... Ces derniers groupes comportent des liaisons qui peuvent être excitées presque indépendamment du reste de la molécule. Ils donneront donc naissance à des fréquences d'absorption caractéristiques ne dépendant que peu de leur environnement. Les expérimentations menées par les inventeurs sur ce principe en spectroscopie infrarouge ont ainsi montré que pour le groupe v 0-H (liaison entre un atome d'hydrogène et d'un atome d'oxygène) l'absorption de la molécule d'alcool est maximum dans la bande de 3300 à For the mechanical oscillator to be excited and to enter into vibration, there must be an interaction with the electromagnetic wave leading to an energy transfer. This occurs when the vibration varies the dipole moment of the molecule and therefore the interaction between the dipole and the electric field of the wave. The energy of vibration being quantified, the transition will occur when we have h. v = AE, energy difference between the fundamental level and the first level of excited vibration. The consequence is that only the vibrations varying the dipole moment are active in infrared and that the absorbed intensity is all the greater the greater this variation. The strongest absorptions are often due to very polar groups such as C = O, N-O, O-H, etc. The latter groups have bonds which can be excited almost independently of the rest of the molecule. They will therefore give rise to characteristic absorption frequencies which depend little on their environment. The experiments carried out by the inventors on this principle in infrared spectroscopy have thus shown that for the group v 0-H (bond between a hydrogen atom and an oxygen atom) the absorption of the alcohol molecule is maximum in the band from 3300 to

3500 nanomètres, c'est-à-dire dans le proche infrarouge. 3500 nanometers, that is to say in the near infrared.

Dans des modes particuliers de réalisation de la présente invention, ce principe est utilisé pour mesurer le taux d'un composant dans un liquide (voir LED2 103 en figure 1A): la mesure de 35 l'indice de réfraction utilisant une longueur d'onde particulière pour laquelle l'absorption est maximale pour un composant donné, permet d'évaluer l'influence de ce composant sur la mesure. Des algorithmes de calcul et de corrélation donnent ensuite la concentration réelle de In particular embodiments of the present invention, this principle is used to measure the level of a component in a liquid (see LED2 103 in FIG. 1A): the measurement of the refractive index using a wavelength particular for which the absorption is maximum for a given component, allows to evaluate the influence of this component on the measurement. Calculation and correlation algorithms then give the actual concentration of

chaque composant dont on veut connaître la concentration. each component whose concentration you want to know.

Comme illustré en figures 1A et IB, le système de mesure 100 conforme à la présente invention (appelé dans la suite "capteur de sucre") est constitué d'un pièce optique appelée" prisme " 101, d'une première source lumineuse à diode électro-luminescente LED1 102 et d'une deuxième source lumineuse à diode électro-luminescente LED2 103, d'un capteur d'image linéaire à transfert de charges "CCD" 104 (pour "charge coupled device, en français "dispositif à transfert de charges" ou "DTC"), de deux photodiodes PD1 105 et PD2 106, d'un capteur de température 107, d'un ensemble électronique 108 comportant un microprocesseur 109 et des circuits illustrés en figure 4 et mettant en oeuvre un logiciel de pilotage et As illustrated in FIGS. 1A and 1B, the measurement system 100 according to the present invention (hereinafter called "sugar sensor") consists of an optical part called "prism" 101, of a first diode light source light emitting LED1 102 and a second light source with LED2 103, a linear image sensor with charge transfer "CCD" 104 (for "charge coupled device, in French" charges "or" DTC "), of two photodiodes PD1 105 and PD2 106, of a temperature sensor 107, of an electronic assembly 108 comprising a microprocessor 109 and the circuits illustrated in FIG. 4 and implementing control software and

d'interprétation des mesures.interpretation of measurements.

Le prismel01 est en silice optique et est constitué d'un corps principal cylindrique avec quatre faces opposées deux à deux et biseautées à 70 degrés d'angle, par rapport à l'une des sections du cylindre appelée " surface de mesure " 120. Le liquide à analyser circule dans le The prismel01 is made of optical silica and consists of a main cylindrical body with four opposite faces two by two and bevelled at 70 degrees of angle, with respect to one of the sections of the cylinder called "measuring surface" 120. The liquid to be analyzed circulates in the

prisme 101 qui possède des parois d'épaisseur constante. prism 101 which has walls of constant thickness.

Sur un couple de faces opposées et biseautées, sont collés, côté source lumineuse LED1 15 102, un guide d'onde optique 111 qui uniformise la lumière émise et, côté capteur CCD1 04, une lentille de focalisation 112. Sur l'autre couple sont collés, côté source proche infrarouge LED2 103, une lentille de focalisation 113 précédée d'un filtre optique 114 à largeur de bande de 3300 à 3500 nanomètres et, côté photodiodes PD1 105 et PD2 106, d'une lentille de focalisation 115 On a couple of opposite and bevelled faces, are glued, on the light source side LED1 15 102, an optical waveguide 111 which standardizes the light emitted and, on the sensor side CCD1 04, a focusing lens 112. On the other couple are bonded, on the near infrared source side LED2 103, a focusing lens 113 preceded by an optical filter 114 with a bandwidth of 3300 to 3500 nanometers and, on the photodiodes PD1 105 and PD2 106, a focusing lens 115

(respectivement 125) suivie également d'un filtre optique 116 (respectivement 126) ayant la 20 même largeur de bande que le filtre optique 114. (respectively 125) also followed by an optical filter 116 (respectively 126) having the same bandwidth as the optical filter 114.

En variante (non représentée), sur le pourtour du cylindre que constitue la pièce optique sont réparties d'autres couples de sources lumineuses/capteurs (LED et photodiode) similaires au couple LED2 103/photodiodes PD1 105 et PD2 106, dans la limite dimensionnelle des divers As a variant (not shown), on the periphery of the cylinder which constitutes the optical part, other pairs of light sources / sensors (LED and photodiode) are distributed similar to the pair LED2 103 / photodiodes PD1 105 and PD2 106, within the dimensional limit various

éléments constituant l'ensemble.elements constituting the whole.

Dans le mode particulier de réalisation illustré en figures 1A et 1 B, la source lumineuse LED1 102 est constituée d'une led multi-fréquences (ou "multiled") capable d'émettre alternativement des rayons lumineux ayant plusieurs longueurs d'ondes dans les domaines visibles et non visibles, avec, pour chacune d'elles, une bande spectrale de largeur de 10 à 20 nanomètres. La longueur d'onde de 589,3 nanomètres (longueur d'onde de la raie de sodium usuellement utilisée pour les mesures de taux de sucre en réfractométrie traditionnelle) est prise comme référence. L'utilisation d'un balayage de plusieurs longueurs d'ondes est effectuée pour la mesure du taux de sucre de tout milieu, et plus particulièrement pour la mesure du taux de sucre In the particular embodiment illustrated in FIGS. 1A and 1B, the light source LED1 102 consists of a multi-frequency (or "multiled") LED capable of alternately emitting light rays having several wavelengths in the visible and non-visible domains, with, for each of them, a spectral band of width from 10 to 20 nanometers. The wavelength of 589.3 nanometers (wavelength of the sodium line usually used for sugar level measurements in traditional refractometry) is taken as a reference. The use of a scanning of several wavelengths is carried out for the measurement of the sugar level of any medium, and more particularly for the measurement of the sugar level

dans des liquides complexes tels que les mots de raisin en fermentation. in complex liquids such as grape words in fermentation.

La diode électro-luminescente LED2 103 émet des rayons lumineux dans le domaine du 35 proche infrarouge afin de déterminer le taux d'alcool dans le liquide analysé. The light emitting diode LED2 103 emits light rays in the near infrared range in order to determine the alcohol content in the liquid analyzed.

Concernant la mesure du taux de sucre effectué grâce à la mise en oeuvre de la source lumineuse LED1 102, la mesure optique est basée sur la mesure de l'indice de réfraction du liquide en contact avec la surface de mesure 120. Cet indice définit un angle limite de réflexion totale sur cette surface. La valeur de cet angle varie de 630 à 700, soit une amplitude de variation 40 de 70, pour une plage d'indice de réfraction du liquide allant de 1,3329 à 1,4000 pour une longueur d'onde de 589,3 manomètres à 200C. Le choix de l'angle de biseautage de 700 du prisme 101 correspond à ces valeurs d'angle limite de réfraction. D'une manière générale, si l'angle limite varie, dans la plage de mesure de taux de composant, de A0 et B0, B étant supérieur With regard to the measurement of the sugar level carried out using the LED1 102 light source, the optical measurement is based on the measurement of the refractive index of the liquid in contact with the measurement surface 120. This index defines a limit angle of total reflection on this surface. The value of this angle varies from 630 to 700, i.e. an amplitude of variation 40 of 70, for a range of refractive index of the liquid going from 1.3329 to 1.4000 for a wavelength of 589.3 manometers at 200C. The choice of the bevel angle of 700 from the prism 101 corresponds to these limit refraction angle values. In general, if the limit angle varies, in the component rate measurement range, from A0 and B0, B being greater

à A, l'angle de biseautage sera choisi autour de la valeur de Bo. at A, the bevel angle will be chosen around the value of Bo.

La lentille de focalisation 112 délimite la projection des 70 de variation angulaire de la The focusing lens 112 defines the projection of the angular variation 70 of the

réflexion totale de façon à couvrir la longueur de mesure du capteur CCD 104. total reflection so as to cover the measurement length of the CCD 104 sensor.

Les mesures effectuées grâce à la mise en oeuvre de la deuxième source lumineuse LED2 103 et des photodiodes PD1 105 et PD2 106, sur un autre axe du prisme 101 sont destinées à mesurer le taux d'alcool contenu dans le milieux inconnu: l'ensemble constitué par la 10 source lumineuse LED2 103 et les diodes PD1 105 et PD2 106 exploitent un axe du prisme différent de celui utilisé précédemment. On observe que le même axe aurait aussi pu être utilisés dès lors que les longueurs d'onde des rayons lumineux reçues par les capteurs 104, 105 et 106 ne se chevauchent pas. Cependant, cette solution aurait posé des problèmes mécaniques inutiles. Le guide d'onde optique 111 est collé sur le bloc optique en regard de la source lumineuse LED2 103 suivie, elle-même, du filtre optique sélectif 114 destiné à ne conserver que la bande de 3300 à 3500 nanomètres du spectre. Une lentille de focalisation 113 est placée sur la face opposée en regard de la photodiode PD2 106, cette lentille étant également suivie d'un filtre 124 identique au filtre 114. Les angles du guide d'onde 111 et de la lentille de focalisation 113 20 sont calculés de façon à avoir, dans la bande du proche infrarouge utilisée, une plage d'indices de réfraction qui couvre l'étendue de variation d'une concentration d'alcool de 0% en volume jusqu'à 25% en volume. La photodiode PD1 105 mesure la lumière issue de la réflexion totale sur la surface de mesure 120 alors que la diode PD2 106 mesure, à la source, l'intensité de la The measurements made thanks to the implementation of the second light source LED2 103 and of the photodiodes PD1 105 and PD2 106, on another axis of the prism 101 are intended to measure the level of alcohol contained in the unknown medium: the set constituted by the light source LED2 103 and the diodes PD1 105 and PD2 106 operate on an axis of the prism different from that used previously. It is observed that the same axis could also have been used since the wavelengths of the light rays received by the sensors 104, 105 and 106 do not overlap. However, this solution would have posed unnecessary mechanical problems. The optical waveguide 111 is bonded to the optical unit opposite the light source LED2 103 followed, itself, by the selective optical filter 114 intended to keep only the band of 3300 to 3500 nanometers of the spectrum. A focusing lens 113 is placed on the opposite face opposite the PD2 photodiode 106, this lens also being followed by a filter 124 identical to the filter 114. The angles of the waveguide 111 and of the focusing lens 113 20 are calculated so as to have, in the near infrared band used, a range of refractive indices which covers the range of variation of an alcohol concentration from 0% by volume up to 25% by volume. The PD1 photodiode 105 measures the light from the total reflection on the measurement surface 120 while the PD2 diode 106 measures, at the source, the intensity of the

lumière projetée par la lentille de focalisation 113. light projected by the focusing lens 113.

La différence entre ces deux mesures permet de connaître l'absorbance due au milieu inconnu. Cette dernière correspond à l'indice de réfraction pour la bande proche infrarouge de 3300 à 3500 nanomètres à la longueur d'onde utilisées et à l'énergie utilisée pour la mise en The difference between these two measurements makes it possible to know the absorbance due to the unknown medium. The latter corresponds to the refractive index for the near infrared band of 3300 to 3500 nanometers at the wavelength used and to the energy used for setting

vibration des atomes constituant les molécules d'alcool. vibration of the atoms making up the alcohol molecules.

Cas de la fermentation alcoolique: Une mesure, avec le dispositif de mesure illustré en figures 1A et 1 B, est initialement effectuée sur le mot avant fermentation. Elle sert de référence pour les mesures suivantes effectuées pendant la fermentation alcoolique. Les mesures effectuées dans la bande de longueurs d'ondes du domaine du proche infrarouge (émise par la deuxième source lumineuse LED2 103) permettent d'évaluer l'influence de l'alcool sur l'indice de réfraction et donc d'introduire 35 un facteur correctif dans l'analyse de l'indice de réfraction obtenue par la mise en oeuvre des rayons issus de la première source lumineuse LED1 102) qui permet d'obtenir la concentration Case of alcoholic fermentation: A measurement, with the measuring device illustrated in Figures 1A and 1B, is initially performed on the word before fermentation. It serves as a reference for the following measurements made during alcoholic fermentation. The measurements carried out in the wavelength band of the near infrared range (emitted by the second light source LED2 103) make it possible to evaluate the influence of alcohol on the refractive index and therefore to introduce a corrective factor in the analysis of the refractive index obtained by the use of rays from the first light source LED1 102) which makes it possible to obtain the concentration

réelle des sucres.real sugars.

Les indices de réfraction calculés sont convertis en concentration de sucre et en BRIX (unité de mesure officielle représentant le rapport de sucre en gramme sur 100 grammes de solution aqueuse). Des tables de conversion complémentaires donnent une valeur approchée de The calculated refractive indices are converted into sugar concentration and into BRIX (official unit of measurement representing the ratio of sugar in grams to 100 grams of aqueous solution). Additional conversion tables give an approximate value of

la densité de sucre dans le mot.the density of sugar in the word.

Une conversion numérique est directement effectuée à la sortie du capteur CCD 104, dans celui-ci. Les courants des photodiodes PD1 105 et PD2 106 sont directement appliqués à l'entrée multiplexée du convertisseur analogique numérique du microprocesseur 109 de l'électronique 108. Le traitement par le microprocesseur 109 permet de piloter en impulsion les sources électroluminescentes LED1 102 et LED2 103 en synchronisme avec le capteur CCD 104 et les A digital conversion is directly performed at the output of the CCD sensor 104, in it. The currents of the photodiodes PD1 105 and PD2 106 are directly applied to the multiplexed input of the analog digital converter of the microprocessor 109 of the electronics 108. The processing by the microprocessor 109 makes it possible to drive in pulse the light-emitting sources LED1 102 and LED2 103 in synchronism with the CCD 104 sensor and

photodiodes PD1 105 et PD2 106.PD1 105 and PD2 106 photodiodes.

Pour le CCD 104, la mesure de la position de la séparatrice (séparation d'une zone claire et d'une zone plus sombre) est effectuée pour chaque impulsion de la première source électroluminescente LED1 102. Dans le mode réalisation illustré en figures 1A et 1 B, pour chaque cycle, cinq impulsions de rayons possédant cinq longueurs d'onde différentes sont émises par la première source lumineuse LED1 102. La lentille de focalisation délimite la projection des 70 de 15 variation angulaire de la réflexion totale de façon à couvrir la longueur de mesure du capteur CCD 104. L'ensemble des valeurs ainsi obtenues sont ensuite corrigées en température et transmises à une unité de traitement ou unité centrale (non représentée). Celle-ci peut être incluse dans le corps du capteur ou déportée. Dans ce dernier cas, les informations sont transmises par une liaison numérique cryptée (voir figure 4). La transmission peut être filaire ou For the CCD 104, the measurement of the position of the separator (separation of a light area and a darker area) is carried out for each pulse of the first light-emitting source LED1 102. In the embodiment illustrated in FIGS. 1A and 1 B, for each cycle, five ray pulses having five different wavelengths are emitted by the first light source LED1 102. The focusing lens delimits the projection of the 70 of 15 angular variation of the total reflection so as to cover the CCD 104 measurement length. All the values thus obtained are then corrected in temperature and transmitted to a processing unit or central unit (not shown). This can be included in the body of the sensor or remote. In the latter case, the information is transmitted by an encrypted digital link (see Figure 4). Transmission can be wired or

non filaire (transmission radio, optique ou ultrasonore). not wired (radio, optical or ultrasonic transmission).

Dans le cas d'une unité de traitement incluse dans le système de mesure 100, celle-ci est constituée d'une deuxième structure comportant un microprocesseur, différent du microprocesseur 109 (mais qui, en variante, peut être le microprocesseur 109), et mettant en 25 oeuvre les algorithmes et les bibliothèques nécessaires à la corrélation entre les mesures In the case of a processing unit included in the measurement system 100, this consists of a second structure comprising a microprocessor, different from the microprocessor 109 (but which, as a variant, may be the microprocessor 109), and implementing the algorithms and libraries necessary for the correlation between the measurements

optiques et les taux de sucre et d'alcool. optical and sugar and alcohol levels.

Le microprocesseur 109 génère sur ses sorties Pl, P2, P3, P4 et P5 des trains d'impulsions modulées en largeur (an anglais "PWM" pour "Pulse Width Modulation") qui rendent conducteurs les transistors Mos 130 respectivement liés à ces sorties. Pour chaque transistor The microprocessor 109 generates on its outputs P1, P2, P3, P4 and P5 trains of pulse modulated in width (in English "PWM" for "Pulse Width Modulation") which make the Mos transistors 130 respectively linked to these outputs. For each transistor

Mos 130, un circuit RC 131 d'intégration lisse le courant ainsi généré par les transistors Mos 130. Mos 130, an RC 131 integration circuit smoothes the current thus generated by the Mos 130 transistors.

Chaque courant appliqué sur les bornes de la première source lumineuse LED1 102 (en fait, ici, une source multiled) génère des impulsions de lumière pour chacune des diodes électroluminescente qui composent la première source lumineuse LED1 102. La longueur d'onde lumineuse émise par la première source lumineuse LED1 102 dépend des valeurs respectives 35 des courants appliqués à chacune des diodes électroluminescentes qui composent la multiled Each current applied to the terminals of the first light source LED1 102 (in fact, here, a multiled source) generates pulses of light for each of the light-emitting diodes that make up the first light source LED1 102. The light wavelength emitted by the first light source LED1 102 depends on the respective values 35 of the currents applied to each of the light-emitting diodes that make up the multiled

LED1 102.LED1 102.

De même, l'intensité lumineuse dans le proche infrarouge émise par la source LED2 103 Similarly, the light intensity in the near infrared emitted by the LED2 source 103

dépend de la fréquence et la largeur des impulsions de courant qui lui sont appliquées. depends on the frequency and width of the current pulses applied to it.

La séquence d'une mesure complète est illustrée en figure 2 et comporte: pour une première longueur d'onde émise par la première source lumineuse LED1 102, une étape d'émission 201 d'impulsions de commande par le microprocesseur 109, une étape de lecture 202 du capteur 104, une étape de détermination de séparatrice 203, une étape de transmission 204 du résultat de l'étape 203 à l'unité centrale; - pour une deuxième longueur d'onde émise par la première source lumineuse LED1 102, une étape d'émission 211 d'impulsions de commande par le microprocesseur 109, une étape de lecture 212 du capteur 104, une étape de détermination de séparatrice 213, une étape de transmission 214 du résultat de l'étape 203 à l'unité centrale; - et ainsi de suite pour toutes les longueurs d'onde que la première source lumineuse est 10 capable d'émettre; et - pour la deuxième source lumineuse LED2 103, une étape d'émission 231 d'impulsions de commande par le microprocesseur 109, une étape de lecture 232 de la photodiode PD1 105, une étape de lecture 233 de la photodiode PD2 106 simultanément à l'étape 232, une étape de The sequence of a complete measurement is illustrated in FIG. 2 and comprises: for a first wavelength emitted by the first light source LED1 102, a step 201 of emitting control pulses by the microprocessor 109, a step of reading 202 of the sensor 104, a step of determining the separator 203, a step of transmitting 204 the result of the step 203 to the central unit; for a second wavelength emitted by the first light source LED1 102, a step 211 for transmitting control pulses by the microprocessor 109, a step for reading 212 from the sensor 104, a step for determining the splitter 213, a step of transmitting 214 the result of step 203 to the central unit; - And so on for all the wavelengths that the first light source is capable of emitting; and - for the second light source LED2 103, a step 231 of transmitting control pulses by the microprocessor 109, a step of reading 232 of the photodiode PD1 105, a step of reading 233 of the photodiode PD2 106 simultaneously with the step 232, a step of

détermination 234 de la différence entre les valeurs lues au cours des étapes 232 et 233, et une 15 étape de transmission 235 du résultat de l'étape 234 à l'unité centrale. determination 234 of the difference between the values read during steps 232 and 233, and a step of transmission 235 of the result of step 234 to the central unit.

La recherche de la position de chaque séparatrice, étape 203, 213,... est effectuée par la recherche de la pente de la courbe détectée par le CCD 104 conformément à l'organigramme illustré en figure 3, qui met en oeuvre l'algorithme suivant: The search for the position of each separator, step 203, 213, ... is carried out by looking for the slope of the curve detected by the CCD 104 in accordance with the flow diagram illustrated in FIG. 3, which implements the algorithm next:

Soit "x" la valeur en pixel de la position de la séparatrice recherchée. Let "x" be the pixel value of the position of the separator sought.

Au cours d'une étape 301, on effectue une première recherche à basse résolution (8 bits) de la séparatrice: si x+8 x VAL VAL > 8 bits x+1 x-8 La valeur de x qui satisfait à l'inéquation est Xi et est la position intermédiaire recherchée. 25 Si aucune valeur x ne satisfait cette équation, un message de défaut de capteur est généré, During a step 301, a first low-resolution search (8 bits) of the separator is carried out: if x + 8 x VAL VAL> 8 bits x + 1 x-8 The value of x which satisfies the inequality is Xi and is the desired intermediate position. 25 If no value x satisfies this equation, a sensor fault message is generated,

étape 302.step 302.

Sinon, au cours d'une étape 303, on effectue une deuxième recherche à résolution 16 bits pour détermination précise de la position de laséparatrice: si Xm+15 Xi Xi Z VAL - VAL > 16 bits xi+l Xi-1 5 La valeur de x qui satisfait l'inéquation est Xs et est la position de la séparatrice recherchée. S8bîts et S16bits sont les valeurs des pentes pour laquelle la détection de la séparatrice Otherwise, during a step 303, a second search is carried out at 16 bit resolution for precise determination of the position of the separator: if Xm + 15 Xi Xi Z VAL - VAL> 16 bits xi + l Xi-1 5 The value of x which satisfies the inequality is Xs and is the position of the sought separator. S8bîts and S16bits are the values of the slopes for which the detection of the separator

est validée.is validated.

La valeur de S8bits est paramétrée à la caractérisation du capteur CCD 104 et la valeur 35 S16bils est paramétrée suivant la zone dans laquelle se situe la position de la séparatrice déterminée au cours de l'étape 303. Les zones sont définies en fonction de la résolution du CCD 104 au cours d'une étape 304: - une zone correspond aux hautes concentrations entraînant une position de la The value of S8bits is parameterized when characterizing the CCD sensor 104 and the value 35 S16bils is parameterized according to the zone in which the position of the separator is determined determined during step 303. The zones are defined according to the resolution CCD 104 during a step 304: - a zone corresponds to high concentrations resulting in a position of the

séparatrice sur une première partie de la zone utile du CCD 104. separator on a first part of the useful area of CCD 104.

- une zone correspond aux basses concentrations entraînant une position de la - a zone corresponds to low concentrations resulting in a position of the

séparatrice sur une deuxième partie de la zone utile du CCD 104. separator on a second part of the useful area of CCD 104.

Ces zones, ainsi que les coefficients correspondants, sont déterminés pour chaque capteur CCD 04 lors de la phase de caractérisation de capteur et sont mémorisées en mémoire These zones, as well as the corresponding coefficients, are determined for each CCD 04 sensor during the sensor characterization phase and are stored in memory.

non volatile Flash 410 par le microprocesseur 109 ou par le CPU 400 (figure 4). non-volatile Flash 410 by the microprocessor 109 or by the CPU 400 (Figure 4).

A partir du résultat de la dernière équation calculée pour une résolution de 16 bits, une valeur de la pente est calculée, étape 305, par division du nombre de pixels utilisés: 10 soit PL la valeur limite de la pente pour une mesure correcte xI5 VAL - x,5VAL > From the result of the last equation calculated for a 16-bit resolution, a value of the slope is calculated, step 305, by dividing the number of pixels used: 10 let PL be the limit value of the slope for a correct measurement xI5 VAL - x, 5VAL>

>-5 PL> -5 PL

Si la valeur de pente trouvée est supérieure à la valeur limite PL (pente limite) la mesure est validée, sans commentaire particulier, étape 308. Si la valeur de pente trouvée est inférieure à la valeur limite PL et qu'une valeur de séparatrice est quand même trouvée, la mesure est assortie d'un commentaire indiquant l'état d'encrassement probable du capteur (mise à 1 d'un bit If the slope value found is greater than the limit value PL (limit slope), the measurement is validated, without any particular comment, step 308. If the slope value found is less than the limit value PL and a separator value is still found, the measurement is accompanied by a comment indicating the likely fouling state of the sensor (setting a bit to 1

d'alarme), étape 306.alarm), step 306.

Dans le cas o aucune séparatrice n'est détectée un message est généré (mise à 1 d'un In the case where no separator is detected a message is generated (setting to 1 of

bit de défaut de capteur), étape 307. sensor fault bit), step 307.

La séquence d'étape illustrée en figure 3 est appliquée pour chaque valeur de longueur 20 d'onde générée par la source LED1 102. C'est donc N valeurs de positions de séparatrices The step sequence illustrated in FIG. 3 is applied for each value of wavelength generated by the source LED1 102. It is therefore N values of separator positions

associées chacune à une longueur d'onde différente qui sont transmises à l'unité de calcul (UC). each associated with a different wavelength which are transmitted to the computing unit (UC).

Pour assurer une meilleure précision dans les cas des liquides ayant des gradients de variations de taux mesurables par le capteur (cas des mots en fermentation), une série de plusieurs mesures est effectuée pour chaque longueur d'onde et une valeur moyenne de la séparatrice est calculée sur la base des résultats des différentes mesures. Les mesures prises en compte pour cette moyenne peuvent être prises à la suite les unes des autres pour chaque To ensure better accuracy in the case of liquids with gradients of rate variations measurable by the sensor (case of words in fermentation), a series of several measurements is made for each wavelength and an average value of the separator is calculated on the basis of the results of the various measurements. The measures taken into account for this average can be taken one after the other for each

longueur d'onde ou extraites de plusieurs cycles de mesures de plusieurs longueurs d'onde. wavelength or extracted from several measurement cycles of several wavelengths.

Les valeurs de positions des séparatrices, de l'absorbance et de la température sont transmises à l'unité centrale CPU 400 (voir figure 4) sous forme de trames numériques codées; 30 soit directement dans le cas o celle-ci est physiquement dans le boîtier du capteur; soit par The values of the positions of the separators, the absorbance and the temperature are transmitted to the central unit CPU 400 (see FIG. 4) in the form of coded digital frames; 30 either directly in the case where it is physically in the sensor housing; either by

l'intermédiaire d'une liaison filaire, radiofréquence, optique ou ultrasonore. via a wire, radio frequency, optical or ultrasonic link.

On observe, en figure 4, l'unité centrale ou de calcul CPU 400, associée à un interface de réception 401 (récepteur de ligne, récepteur et démodulateur radiofréquence, optique, ou ultrasonore), à un module de décryptage 402, à une mémoire de stockage de programme 409, à 35 une mémoire de stockage de résultat 410, à un écran d'affichage local ou déporté 411 et à une liaison numérique vers une interface de communication 412. Les trames décodées par le module de décryptage 402 sont traitées par l'unité centrale CPU 400 pour en extraire la valeur du taux de We observe, in Figure 4, the central processing unit or CPU 400, associated with a reception interface 401 (line receiver, radio frequency, optical and ultrasonic receiver and demodulator), with a decryption module 402, with a memory program storage 409, a result storage memory 410, a local or remote display screen 411 and a digital link to a communication interface 412. The frames decoded by the decryption module 402 are processed by the CPU 400 to extract the value of the rate of

sucre recherchée.sugar sought.

il La méthode de calcul est basée sur la corrélation entre la valeur trouvée pour chaque longueur d'onde avec des tables de concentrations de sucres réducteurs et d'alcool déterminées expérimentalement sur des mots à plusieurs stades de la fermentation. Des tables complémentaires donnant les concentrations de tout autre composant intervenant dans le processus de fermentation peuvent être rajoutées (fructose, glucose...). Les valeurs expérimentales ont été effectuées sur des mots d'une sélection de plusieurs cépages représentatifs de la moyenne de la production vinicole des principaux pays du monde The calculation method is based on the correlation between the value found for each wavelength with tables of concentrations of reducing sugars and alcohol determined experimentally on words at several stages of fermentation. Additional tables giving the concentrations of any other component involved in the fermentation process can be added (fructose, glucose ...). The experimental values were carried out on words from a selection of several grape varieties representative of the average wine production of the main countries of the world.

producteurs de vins de qualité.producers of quality wines.

Les mesures des sucres réducteurs (totaux, fructose et glucose) et des taux d'alcool sont 10 effectuées en laboratoire d'oenologie par la méthode de dosage enzymatique avec un photométre à spectre continu en double échantillons. Une corrélation avec des mesures effectuées en The measurements of the reducing sugars (total, fructose and glucose) and of the alcohol levels are carried out in the oenology laboratory by the enzymatic assay method with a continuous spectrum photometer in double samples. Correlation with measurements made in

résonance magnétique nucléaire (RMN) est venue compléter les résultats obtenus. nuclear magnetic resonance (NMR) complemented the results obtained.

Toutes les mesures en concentration de sucre ainsi effectuées ont été converties en All the sugar concentration measurements thus made have been converted into

BRIX (unité de mesure officielle représentant le rapport de la quantité de sucre, en grammes, sur 15 100 grammes de solution aqueuse). BRIX (official unit of measurement representing the ratio of the quantity of sugar, in grams, to 15,100 grams of aqueous solution).

Les tableaux de mesure ainsi générés sont donc de la forme: Cépage:xxxxxxx Type de vinification:yyyyyyy Alcool potentiel den- tempéra- concentraTaux Valeurs Valeur Valeur Absorsité ture tion de sucre d'alcool épasepa- sepa- bance (degré (% BRIX) (% volumique) ratrice ratrice ratrice proche Celsius) à X à 72 à n IR deo teo beo aeo M eo I2eO kne0 Aeo de te be ae Me X2e Xne de, te, be ae10 le1 el 12e, ne1 de2 te2 be2 ae20 Me2 k2e2 Xne2 dem tem bem aem, em X2emk nem The measurement tables thus generated are therefore in the form: Grape variety: xxxxxxx Type of winemaking: yyyyyyy Potential alcohol den- tempera- centraTal Values Value Value Absorsity ture of alcohol sugar sparse (degree (% BRIX) ( % volume) ratrix ratrice ratrice near Celsius) at X to 72 at n IR deo teo beo aeo M eo I2eO kne0 Aeo de te be ae Me X2e Xne de, te, be ae10 le1 el 12e, ne1 de2 te2 be2 a220 e2 Me2 k2e2 Xne2 dem tem bem aem, em X2emk nem

Avec des types de vinification blanc, rosé ou rouge. With types of white, rosé or red wine making.

L'alcool potentiel est la valeur présumée du pourcentage volumique d'alcool en fin de fermentation donné pour une transformation de 16,83 g de sucre (cette valeur peut être changée en fonction du type de levure) en 1% d'alcool. La mesure de taux de sucre est effectuée avant fermentation. Elle est indispensable pour caractériser les données de départ et choisir la table correspondante dans le base de données. 25 Avec: e = nombre d'échantillons de eo à em (eO mesure du mot avant fermentation) X = longueur d'onde de chaque mesure de la première à la néme mesure The potential alcohol is the presumed value of the volume percentage of alcohol at the end of fermentation given for a transformation of 16.83 g of sugar (this value can be changed depending on the type of yeast) into 1% alcohol. The sugar level measurement is carried out before fermentation. It is essential for characterizing the initial data and choosing the corresponding table in the database. 25 With: e = number of samples from eo to em (eO measurement of the word before fermentation) X = wavelength of each measurement from the first to the nth measurement

Les tables expérimentales ainsi obtenues sont stockées en mémoire 409 ou 410. The experimental tables thus obtained are stored in memory 409 or 410.

Pour chaque longueur d'onde, chacune des mesures effectuées par le capteur CCD 104 est comparée aux valeurs des concentrations de sucre, de densité et des taux d'alcool dans les différents tableaux qui correspondent au type de vinification en cours (rouge, blanc ou rosé) ainsi qu'au cépage sélectionné. Une correction de température est effectuée sur chacune des mesures pour réaliser les comparaisons à température identique. Un calcul de l'écart type sur toutes les mesures rentrant dans un gabarit est effectué avec un coefficient de variation de 5 %. Les résultats de la concentration en sucre et de la densité sont les moyennes des divers résultats rentrant dans ce gabarit. Le résultat issu de ce calcul est ensuite comparé à la dernière mesure effectuée à l'aide d'un algorithme de vraisemblance qui calcule la transformation théorique du 10 sucre en alcool corrigée par les variations réelles des mesures précédentes et en déduit l'écart type entre la valeur théorique et la valeur trouvée par la mesure. Le résultat est comparé à un For each wavelength, each of the measurements made by the CCD sensor 104 is compared with the values of the sugar concentrations, density and alcohol levels in the various tables which correspond to the type of vinification in progress (red, white or rosé) as well as the selected grape variety. A temperature correction is performed on each of the measurements to make the comparisons at identical temperature. A calculation of the standard deviation on all the measurements falling within a template is carried out with a coefficient of variation of 5%. The results for sugar concentration and density are the averages of the various results falling within this template. The result of this calculation is then compared to the last measurement carried out using a likelihood algorithm which calculates the theoretical transformation of the sugar into alcohol corrected by the real variations of the previous measurements and deduces therefrom the standard deviation between the theoretical value and the value found by the measurement. The result is compared to a

gabarit pour validation.template for validation.

Les valeurs définitives du taux de sucre et de densité sont alors validées ou corrigées par The final values of the sugar level and density are then validated or corrected by

ce dernier algorithme.this last algorithm.

Le prisme 101, dans lequel circule du liquide du milieu en fermentation, effectue les mesures en temps réel à la cadence définie par l'utilisateur. Les résultats des mesures peuvent être affichés localement(écran 411) et/ou être transmis (interface 412): - à une unité informatique centralisée, par le biais de trames numériques supportées par un bus de terrain industriel sur lequel tous les capteurs d'une installation sont raccordés 20 - à un afficheur ou à un régulateur par une liaison analogique pour chaque grandeur The prism 101, in which liquid circulates from the fermentation medium, performs the measurements in real time at the rate defined by the user. The measurement results can be displayed locally (screen 411) and / or be transmitted (interface 412): - to a centralized computer unit, by means of digital frames supported by an industrial field bus on which all the sensors of a installation are connected 20 - to a display or to a regulator by an analog link for each quantity

physico-chimique mesurée (boucle de courant 4-20 mA par exemple). physico-chemical measured (4-20 mA current loop for example).

La conduite du processus de fermentation est traditionnellement effectuée par le maintien d'une plage de température dans laquelle les levures peuvent avoir une activité suffisante pour effectuer la transformation du sucre en alcool (thermorégulation). Un contrôle par mesure de la 25 densité à l'aide d'un mustimètre (effectué une ou plusieurs fois par jour) permet de corriger la plage de température s'il y a lieu. De nombreux incidents de fermentation dus à des emballements de l'activité des levures, qui se sont traduits par une dégradation du processus et The fermentation process is traditionally carried out by maintaining a temperature range in which the yeasts can have sufficient activity to transform the sugar into alcohol (thermoregulation). A control by measuring the density using a mustimeter (carried out one or more times a day) makes it possible to correct the temperature range if necessary. Numerous fermentation incidents due to runaway yeast activity, which have resulted in a degradation of the process and

donc de la qualité du produit final, ont montré les limites de ce type de régulation. therefore the quality of the final product, have shown the limits of this type of regulation.

Il est démontré que dans les limites d'une plage de température données, il suffit d'augmenter ou 30 de diminuer la température pour favoriser ou défavoriser la multiplication des levures. It has been shown that within the limits of a given temperature range, it suffices to increase or decrease the temperature to favor or disadvantage the multiplication of yeasts.

Une application dérivée du procédé de l'invention: le pilotage de la fermentation alcoolique. Partant des principes exposés plus haut, le capteur de taux de sucre 100 permet également d'effectuer la régulation du processus de fermentation par la mesure du taux de sucre An application derived from the process of the invention: the management of alcoholic fermentation. Based on the principles set out above, the sugar level sensor 100 also makes it possible to regulate the fermentation process by measuring the sugar level.

en agissant sur la température.by acting on the temperature.

Le fonctionnement est basé sur la mesure de la température et du taux de sucre effectuées par le capteur de taux de sucre 100. Celui ci est immergé en permanence dans le liquide en fermentation 502 (mot par exemple). Il est pendu par son câble de liaison électrique et relié à un interface de communication via un bus numérique industriel qui permet le dialogue entre plusieurs capteurs de sucre 100 et une unité centrale de pilotage 500 (voir figure 5). Une 40 courbe de fermentation donnant la quantité de sucre transformé en alcool par unité de temps est établie par l'utilisateur. Cette courbe peut avoir autant de pentes (gradient de transformation) que nécessaire. Elle sert de consigne pour le pilotage du système industriel de fermentation. Des écarts maximum sont définis par rapport à cette courbe. Un algorithme de régulation (logique flou, PID...) actionne des vannes 501 qui contrôlent le passage de fluides caloporteurs de façon à 5 refroidir ou réchauffer le milieux en fermentation 502 pour ralentir ou activer l'activité des levures qui procèdent à la transformation du sucre en alcool. L'action de réchauffement ou de refroidissement est déclenchée de façon à maintenir le taux de sucre dans la limite du gabarit The operation is based on the measurement of the temperature and of the sugar level carried out by the sugar level sensor 100. This is permanently immersed in the fermenting liquid 502 (word for example). It is hung by its electrical connection cable and connected to a communication interface via an industrial digital bus which allows dialogue between several sugar sensors 100 and a central control unit 500 (see Figure 5). A fermentation curve giving the quantity of sugar transformed into alcohol per unit of time is established by the user. This curve can have as many slopes (transformation gradient) as necessary. It serves as a deposit for the management of the industrial fermentation system. Maximum deviations are defined in relation to this curve. A regulation algorithm (fuzzy logic, PID, etc.) actuates valves 501 which control the passage of heat transfer fluids so as to cool or warm the fermentation medium 502 to slow down or activate the activity of the yeasts which carry out the transformation. sugar in alcohol. The heating or cooling action is triggered so as to keep the sugar level within the limit of the template

défini par la courbe de consigne.defined by the setpoint curve.

Le synoptique du fonctionnement d'un tel système est donné en figure 5. The block diagram of the operation of such a system is given in FIG. 5.

Un tel système peut être intégré dans un processus global informatisé qui permet avec Such a system can be integrated into a global computerized process which allows with

une même unité centrale de piloter l'ensemble d'un chai constitué de plusieurs cuves. a single central unit to control the whole of a winery made up of several tanks.

Application de l'invention à un système de mesures ponctuelles: la canne réfractométrique (non représentée). Pendant la fermentation alcoolique, on peut effectuer des Application of the invention to a point measurement system: the refractometric rod (not shown). During alcoholic fermentation,

mesures ponctuelles du taux de sucre et de la température (par exemple, deux fois par jour). La 15 canne réfractométrique donne directement le taux de sucre. spot measurements of sugar and temperature (for example, twice a day). The 15 refractometric rod directly gives the sugar level.

Basée sur le principe de mesure objet de la présente invention, elle est constituée du capteur 100 en partie basse, fixé à un manche (pour la surveillance des fermentations en phase solide, cas des vinifications en rouge) ou à un câble (pour les fermentations en phase liquide, cas des vinifications blanc ou rosés) d'une longueur suffisante pour permettre d'atteindre le mot en 20 fermentation et en partie haute avec, incorporé dans ce manche ou relié au câble, un ensemble de batteries avec un émetteur radio. Les trames numériques sont transmises à un terminal portatif incluant un récepteur. L'ensemble est entièrement autonome. Le terminal enregistre les mesures de taux de sucre et de température effectuées sur toutes les cuves avec l'horodatage et Based on the measurement principle object of the present invention, it consists of the sensor 100 in the lower part, fixed to a handle (for monitoring fermentations in solid phase, in the case of wine making in red) or to a cable (for fermentations in the liquid phase, in the case of white or rosé vinifications) of sufficient length to allow the word to be reached in fermentation and in the upper part with, incorporated into this handle or connected to the cable, a set of batteries with a radio transmitter. The digital frames are transmitted to a portable terminal including a receiver. The whole is completely autonomous. The terminal records the sugar level and temperature measurements made on all the tanks with the time stamp and

l'identification de l'opérateur. Les fichiers ainsi constitués peuvent être transférés dans un 25 système informatique pour traçage des courbes et stockage. operator identification. The files thus formed can be transferred to a computer system for plotting curves and storage.

Cette canne réfractométrique permet donc d'allier précision des mesures, facilité de mise This refractometric rod therefore makes it possible to combine measurement accuracy, ease of setting

en oeuvre et traçabilité.implementation and traceability.

On observe que ce qui a été mis en oeuvre dans les modes de réalisation particuliers illustrés en figures 1 à 5 utilisent la réflexion pour déterminer la position de la séparatrice. Dans 30 d'autres modes de réalisation non représentés, la séparatrice est déterminée en captant les rayons lumineux réfractés sur la surface de mesure 120. Ces deux modes de détermination de séparatrice peuvent être utilisés, seuls ou combinées, dans un dispositif conforme à la présente invention. De même, la présente invention ne s'applique pas uniquement à la détermination de taux 35 de composants dans un liquide mais peut s'appliquer à tout milieu gazeux ou solide possédant une transparence non nulle pour au moins une longueur d'onde. Dans ces cas, il est préférentiel que le produit à analyser présente une interface optique plane ou connue sur au moins une partie de son pourtour. Par exemple, l'analyse combinée, éventuellement en dehors du spectre visible, du spectre des rayons solaires incidents et des rayons réfractés et réfléchis par des gouttes 40 d'eau, connue dans le phénomène des arc-en-ciel, permettrait, conformément à la présente It is observed that what has been implemented in the particular embodiments illustrated in FIGS. 1 to 5 use reflection to determine the position of the separator. In other embodiments not shown, the separator is determined by picking up the refracted light rays on the measurement surface 120. These two modes of determining the separator can be used, alone or in combination, in a device in accordance with the present invention. Likewise, the present invention does not only apply to the determination of levels of components in a liquid but can apply to any gaseous or solid medium having a non-zero transparency for at least one wavelength. In these cases, it is preferable that the product to be analyzed has a plane or known optical interface over at least part of its periphery. For example, the combined analysis, possibly outside the visible spectrum, of the spectrum of incident solar rays and refracted rays reflected by drops of water, known in the phenomenon of rainbows, would, in accordance with the current

invention, de déterminer des composants entrant dans des atmosphères, par exemple polluées. De même, la présente invention peut être appliquée à déterminer, en temps réel, les concentration et les composants dilués dans l'eau d'une piscine, tel que le chlore, ou les composants entrant dans un verre ou un cristal. invention, to determine components entering atmospheres, for example polluted. Likewise, the present invention can be applied to determining, in real time, the concentrations and the components diluted in the water of a swimming pool, such as chlorine, or the components entering into a glass or a crystal.

Claims

1 - Device for measuring the rate of a component in a liquid, characterized in that it comprises: - a first light source (LED1 102) emitting rays having at least one wavelength, in the direction of a container (101) containing a volume of said liquid, in a predetermined dispersion angle; - an optical separation means (120) of the container having an optical interface between the liquid and a solid, said optical interface receiving rays from said first light source, with angles of incidence close to a corresponding angle of refraction at least one wavelength emitted by said first light source for a predetermined rate of said component, said optical interface partially reflecting said rays, with a reflection rate depending on the angle of incidence of said rays and the rate of said component in said liquid; - a first sensor (CCD 104) which picks up either reflected rays or rays refracted by said optical interface, and which transmits signals representative of the rays picked up, and - a first means of analysis (109, 400) of the signals transmitted by the first sensor providing the level of component in said liquid, according to the signals

transmitted by said first sensor.

2 - Device according to claim 1, characterized in that the first means of analyzing the captured rays (109, 400) is adapted to determine the position of a separator as a function of the signals transmitted by said first sensor (CCD 104) and providing the level of component in said liquid as a function of the position of the separator.

3 - Device according to any one of claims 1 or 2, characterized in that

that the first light source (LED1 102) is adapted to successively emit rays having different wavelengths.

4 - Device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that

that it further comprises: - a second light source (LED2 103) emitting light rays 5 having wavelengths different from the wavelengths of the rays emitted by the first light source (LED1 102), - a second sensor (PD2 106) which captures the light rays coming from the second source and reflected at a second interface between the liquid and a solid, - a third sensor (PD1 105) which captures the light rays coming from the second source and refracted to said second interface and - a second means of analysis of the rays received providing said rate of

component according to the signals emitted by the second and third sensors.

- Device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that

that the first sensor (CCD 104) is an image sensor.

6 - Device according to claim 5, characterized in that the first analysis means (109, 400) determines a gradient (or "slope") of the distribution of the light rays received by said first sensor (CCD 104) as a function of transmitted signals

by said first sensor.

7 - Device according to any one of claims 1 to 6, characterized in that it comprises a multiplexer (109, 130, 131) and in that the first source

light (LED1 102) has a plurality of light sources controlled by

transmission multiplexed by said multiplexer.

8 - Device according to any one of claims 1 to 7, characterized in that

that it includes a temperature sensor (102).

9 - Device for piloting fermentation, characterized in that it comprises a

measuring device according to any one of claims 1 to 8 which measures a sugar level in a liquid in fermentation and a means of regulating the fermentation process acting on the temperature of the liquid in fermentation according to the

measurement of the sugar level in said liquid in fermentation.

10 - Portable device comprising an energy source, characterized in that it

comprises a measuring device according to any one of claims 1 to 8 and

means for recording the measurements supplied by the measuring device.

11 - Method for measuring the rate of a component in a liquid using an optical separation means having an optical interface between the liquid and a solid, characterized in that it comprises: - a step of emission by a first light source emitting rays having at least one wavelength, towards a container containing a volume of said liquid, within a predetermined dispersion angle, said optical interface receiving, around a limiting angle of refraction corresponding to at least one of said wavelengths, the rays having passed through said container, said optical interface partially reflecting said rays, with a reflection rate depending on the angle of incidence of said rays; a step of capturing the reflected rays and / or of the rays refracted by said optical interface, and a step of analyzing the rays captured during said step of capturing

to provide said component rate as a function of the reflection rates of said rays.